Plus on remonte dans le temps, plus la datation des événements géologiques qui ont façonné la Terre est compliquée à établir. Il existe cependant de minuscules indices, microscopiques, que l’on appelle les zircons. Seule mémoire des premiers temps de notre Planète, ils peuvent permettre d’estimer l’âge de la tectonique des plaques.
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Les preuves, ou tout du moins les indices, continuent de s'accumuler pour appuyer l'hypothèse d'un démarrage très précoce d'une tectonique des plaques. Pour comprendre l'émergence de ce processus si important dans la dynamique terrestre - notamment pour le développement de la vie -, il faut rappeler qu'à l'origine, la Terre n'était qu'une boule de roche en fusionfusion. C'était il y a 4,55 milliards d'années. L'océan de magma occupant toute la surface n'aurait cependant pas duré très longtemps. Rapidement, il se serait refroidi, formant une croûte solidesolide, rapidement noyée sous un océan primitif.
Mais « croûte » ne signifie pas forcément « tectonique des plaques », comme nous le prouvent d’autres planètes du Système solaire telles que Mars et Vénus, qui n'ont jamais réussi à franchir ce pas géodynamique. Cette croûte primitive est en effet stagnante, elle n'est animée d'aucun mouvementmouvement. C'est le découpage de cette enveloppe rigide superficielle, avec notamment l'initiation des premières zones de subductionzones de subduction, qui va marquer le démarrage de la tectonique des plaques. Ou du moins d'une tectonique des plaques primitive.
En plongeant dans le manteaumanteau, certaines portions de cette croûte primordiale auraient ainsi donné naissance au volcanisme d'arc, menant à la formation de chaînes d'îles volcaniques. En s'accroissant et se regroupant, ces îles auraient formé les embryons des tout premiers continents. Si l'on sait que les choses se sont produites dans cet ordre, la datation des différentes étapes reste cependant problématique.
À la recherche de minuscules cristaux bien particuliers
Les plus anciennes roches continentales, que l’on retrouve dans les cratons, témoignent bien d'un âge de 3,5 milliards d'années, suggérant que des processus tectoniques existaient déjà à cette époque. Mais quand, exactement, se sont-ils initiés ? 3,8 milliards d'années, comme cela a été précédemment proposé ? Ou bien faut-il remonter encore plus loin ?
C’est ce que suggèrent de plus en plus d’études, qui se basent sur l'âge de minuscules cristaux formés à l'HadéenHadéen : les zirconszircons. Il a ainsi été précédemment proposé que les premiers proto-continents se seraient formés il y a 4,15 milliards d'années et qu'ils auraient été mobilesmobiles, entraînés par le fonctionnement de zones de subduction (voir article ci-dessous).
Une nouvelle étude, publiée dans la revue PNAS, soutient cette hypothèse. Ici encore, les chercheurs ont eu recours à l'analyse de zircons. Mais pas n'importe lesquels. Les scientifiques ont cherché à identifier des zircons de type S. Alors que les zircons sont habituellement formés lors de la cristallisation d'un magma issu de la fusion des roches du manteau, ces zircons de type S sont formés par cristallisation d'un magma issu de la fusion de roches sédimentairesroches sédimentaires.
Des zircons de type S datant de, 4,2 milliards d’années
Pour former ces magmas, il faut donc que des roches continentales aient été érodées. Les produits de cette érosion (les sédimentssédiments) sont déposés sur le fond océanique qui va entrer dans le manteau au niveau d'une zone de subduction. Le recyclagerecyclage de cette croûte et des sédiments qu'elle porteporte va ainsi produire un magma de composition particulière qui va, après éruption, produire des granitesgranites de type S au sein desquels on peut retrouver des zircons.
L'observation de zircons de type S indique donc la présence, en amont, de surfaces émergées et de zones de subduction. Autrement dit, d'une tectonique des plaques. Pour retrouver ces zircons, les chercheurs ont fait appel à l'intelligence artificielleintelligence artificielle afin de traiter un grand nombre de données.
Parmi les 971 zircons ainsi analysés, ils ont découvert qu'un tiers appartenait au type S. Certains de ces zircons présentant un âge de 4,2 milliards d'années ! Une tectonique des plaques aurait donc pu exister 350 millions d'années à peine après la formation de la Terre. De plus, les scientifiques identifient une évolution temporelle du pourcentage de zircons de type S, qu'ils attribuent à des cycles de formation-destruction de supercontinentssupercontinents.
Une conclusion qui fait débat
Une dernière conclusion qui est cependant loin de faire l'unanimité au sein de la communauté scientifique. Pour certains, si l'idée qu'une tectonique des plaques primitive ayant existé il y a 4,2 milliards d'années est plausible, lui associer des cycles la renvoyant à une tectonique des plaques moderne n'est que pure spéculation, comme le rapporte cet article publié dans Science. Certains nuancent les résultats de l'étude en rappelant que d'autres processus, différents de la tectonique des plaques, peuvent amener à une fusion de sédiments dans le manteau, comme la survenue d'impacts géants.
Une tectonique des plaques déjà active il y a 4,2 milliards d’années !
Grâce à la signature chimique de minuscules cristaux formés au cours de l'Hadéen, des scientifiques ont pu montrer que le grand mécanisme de la tectonique des plaques était déjà actif il y a 4,2 milliards d'années, bien plus que ce que l'on supposait jusqu'à présent.
Article de Morgane GillardMorgane Gillard publié le 7 avril 2023
La Terre a la particularité d'avoir une surface en constante évolution, en lien avec la valse des continents qui s'assemblent et se fragmentent. Au cours de son histoire, notre Planète n'a ainsi eu de cesse de changer de visage et l'on sait aujourd'hui combien cette dynamique a joué un rôle majeur dans l'évolution de la biodiversitébiodiversité terrestre. Cette activité tectonique pourrait même être intimement liée à l'apparition de la vie sur Terre. Mais comment savoir à quoi ressemblait le paysage terrestre il y a plus de 4 milliards d’années, moment où la vie aurait commencé à émerger ?
Rares sont les témoins, en effet, de cette période juvénile de notre Planète. S'il est déjà difficile de dater avec précision l'apparition des premières cellules vivantes, il l'est peut-être encore plus de déterminer si la surface terrestre était déjà animée de mouvements tectoniques.
Les zircons, uniques archives chimiques des premiers temps de la Terre
Les seules informations qui permettent de décrire le monde à l'Hadéen, soit les 500 premiers millions d'années après la formation de la Terre, sont archivées sous la forme d'une signature chimique au sein de minuscules grains minérauxminéraux que l'on appelle zircons. La résistancerésistance à toute épreuve de ces minéraux fait qu'ils peuvent « survivre » au processus d'altération et d'érosion pendant des milliards d'années. Il est ainsi possible de retrouver, dans les zones les plus anciennes de la croûte terrestrecroûte terrestre que sont les cratonscratons, de minuscules cristaux ayant été formés à l'aubeaube de la vie de notre Planète.
L'analyse de zircons a ainsi permis de montrer que la croûte continentale s'est formée relativement rapidement dans l'histoire de la Terre, il y a plus de 4,15 milliards d'années, à la suite de la phase « océan de magma ». Mais comment savoir si ces premiers continents étaient mobiles ?
Pour répondre à cette question, des scientifiques sont partis à la recherche de certains témoins chimiques caractéristiques du mécanisme de la tectonique des plaques.
Une signature chimique de certains processus tectoniques
La tectonique des plaques repose en effet sur deux étapes, qui sont la création et la destruction de la croûte terrestre, de manière cyclique. Si la création de croûte est associée à des processus magmatiques, la phase de destruction se joue au niveau de zones de subduction, lorsqu'une plaque plonge sous une autre plaque. Le matériel qui la compose (les roches de la croûte mais également les sédiments et les éléments volatils comme l’eau) est alors recyclé et incorporé au manteau. Or, c'est ce manteau chimiquement modifié qui va fondre pour produire les magmas et ces derniers vont venir former la nouvelle croûte en surface. La signature chimique des roches volcaniquesroches volcaniques peut donc permettre de remonter à la composition initiale du magma et donc d'en déduire si oui ou non il dérive d'un mécanisme tectonique en amont.
Les chercheurs ont donc analysé des zircons âgés de 3,8 à 4,2 milliards d'années provenant du craton de Jack Hills (Australie). Ils se sont plus spécifiquement penchés sur la description du contenu isotopique du siliciumsilicium et de l'oxygène, et sur la présence de certains éléments chimiqueséléments chimiques dits éléments-traces. Les résultats obtenus ont été publiés dans la revue Nature Communications.
Un processus de subduction actif il y a 4,2 milliards d’années
La composition du magma à l'origine de ces zircons implique l'existence d'une zone de subduction, où une croûte riche en serpentiniteserpentinite et en basaltesbasaltes silicifiés, surmontée d'une couche de sédiments détritique avec notamment la précipitation de silex, aurait été recyclée au sein du manteau il y a environ 4,2 milliards d'années. Les magmas produits, de composition intermédiaire à felsique et riches en eau, auraient été formés à basse température (650-800 °C) mais à haute pressionpression (plus de 4 kbar). Des conditions qui rappellent celles du magmatisme d'arc tel qu'on le connait aujourd'hui.
Les arcs volcaniquesarcs volcaniques définissent les longues chaînes de volcansvolcans qui surplombent habituellement les zones de subduction, comme la chaine des Cascades, les îles Aléoutiennes, les volcans du Japon ou encore des Andes. La similarité chimique entre ces magmas et ceux produits il y a 4,2 milliards d'années est d'ailleurs étonnante.
Ces résultats suggèrent donc qu'un mécanisme de subduction, et donc une tectonique des plaques, était déjà actif il y a 4,2 milliards d'années.
Des plaques tectoniques mobiles depuis 3,8 milliards d’années !
Grâce à l'étude de minuscules grains ayant traversé les milliards d'années, des scientifiques viennent de dater l'initiation de la tectonique des plaques à 3,8 milliards d'années, repoussant encore un peu plus la mise en route de ce grand mécanisme qui assure encore aujourd'hui la valse des continents.
Article de Morgane Gillard publié le 5 juillet 2022
Aujourd'hui, l'écorce terrestre est découpée en plusieurs plaques tectoniquesplaques tectoniques qui bougent sans cesse les unes par rapport aux autres. Ces mouvements sont à l'origine de la plupart des grands phénomènes géologiques qui se produisent à la surface du globe : ouverture d'océans, formation de chaînes de montagnes, volcanisme, tremblements de terretremblements de terre... Mais il n'en a pas toujours été ainsi.
Des plaques qui bougent, oui mais depuis quand ?
Même si de nombreux indices laissent supposer, d'après les archives géologiques, que la tectonique des plaques s'est initiée très tôt dans l'histoire de la Terre, dater sa mise en route reste un challenge, en particulier à cause du nombre très restreint de roches héritées de la période primitive de la Terre. À cause du recyclage perpétuel de la surface terrestre, via les processus d'érosion, d'altération et de subduction, il ne reste en effet quasiment rien de l'époque hadéenne, qui définit les 500 premiers millions d'années d'existence de la Terre.
Les seuls témoins de cette époque lointaine se trouvent sous la forme de minuscules grains : les zircons.
Le zircon est un minéralminéral très courant dans la croûte continentalecroûte continentale et sa résistance exceptionnelle à l'altération et à l'érosion fait que certains cristaux peuvent ainsi traverser les milliards d'années sans (presque) prendre une ride. Ils ont l'avantage de pouvoir être datés grâce à l'analyse de leur composition isotopique. Or, la datation de certains zircons retrouvés dans de très anciennes régions de croûte continentale que l'on appelle des cratons a mis en évidence que de la croûte continentale existait déjà il y a 4,15 milliards d'années. Cela ne signifie pas cependant que ces continents primitifs aient été mobiles.
Les zircons, témoins de processus de subduction dès 3,8 milliards d’années
Comment les zircons peuvent-ils aider à déterminer l'âge de l'initiation de la tectonique des plaques ? L’un des processus majeurs accompagnant le mouvement des plaques est la subduction, c'est-à-dire le passage d'une plaque sous une autre plaque. Ce processus implique toute une série de mécanismes : augmentation de la pression et de la température des roches entrant en subduction, hydratationhydratation, fusion de roches précédemment cristallisées produisant un volcanisme d'arc. Un exemple typique actuel qui témoigne du mouvement des plaques est la ceinture de feu du Pacifiqueceinture de feu du Pacifique et son interminable chapelet de volcans en activité.
En recherchant des traces d'augmentation de la pression et de fusion dans les plus anciens zircons retrouvés, des scientifiques ont ainsi découvert que la croûte terrestre a commencé à subir ce type de déformation il y a 3,8 milliards d'années. Cette période pourrait donc signer le début de la tectonique des plaques. Les 600 millions d'années ayant précédé sont au contraire caractérisés par l'existence d'une proto-croûte très stable, dérivant initialement de la fusion d'un manteau primitif.
La tectonique des plaques, un élément essentiel pour l’émergence de la vie terrestre
Ces résultats, publiés dans la revue AGU Advances, proviennent de l'analyse de zircons trouvés au sein des roches du craton de Barberton Greenstone Belt, en Afrique du Sud, et ont été confirmés par l'analyse de zircons d'autres régions du globe.
En détail, il apparaît que le changement significatif dans la géodynamique terrestre se serait opéré de manière balbutiante entre 3,8 et 3,6 milliards d'années avant de devenir un processus stable et efficace.
L'initiation de la tectonique des plaques a eu un impact majeur sur l'évolution du système terrestre, notamment sur la formation de l'atmosphèreatmosphère. Grâce à la tectonique des plaques et au volcanisme associé, notamment celui des zones de subduction, de grandes quantités de gaz à effet de serregaz à effet de serre ont été émis vers l'atmosphère, favorisant l'établissement d'un climatclimat stable et tempéré. Les scientifiques estiment que sans la tectonique des plaques, la Terre aurait oscillé entre des périodes de températures extrêmes. Le recyclage et la formation de nouvelle croûte auraient ainsi agi comme un thermostatthermostat, grâce à la multitude de mécanismes associés.
Il s'agirait d'ailleurs d'un point déterminant pour l'émergence et le développement de la vie sur notre Planète.
Des plaques tectoniques bougeraient depuis au moins 3,75 milliards d'années
Les archives géochimiques et paléomagnétiques de la Terre semblent avoir conservé des mouvements de plaques tectoniques datant d'environ 3,3 à 3,75 milliards d'années. Cela repousse dans le passé la date du début de ces mouvements qui affectent toute l'histoire géologique et biologique de la Planète bleuePlanète bleue.
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 16 décembre 2020
La Terre a hérité dès sa formation aussi bien de la chaleurchaleur d'accrétionaccrétion, due à un intense bombardement de petits corps célestes il y a plus de 4 milliards d'années, que des éléments radioactifs qui vont eux aussi produire de la chaleur en se désintégrant. Notre Planète bleue évolue donc irréversiblement et l'un des phénomènes principaux qui accompagnent cette évolution est celui de la tectonique des plaques.
La dérive des continents qu'elle entraîne avec l'expansion des fonds océaniques, que l'on peut voir à pied sec dans la dépression de l'Afar en Éthiopie, dissipe la chaleur interne de la Terre via des éruptions volcaniqueséruptions volcaniques aux frontières des plaques tectoniques. Cette dissipation se produit également au niveau des points chauds, tels ceux que l’on peut trouver sous les îles d’Hawaï et sous l’Islande. Nous savons donc que l'intérieur de la Terre était plus chaud il y a des milliards d'années, ce qui veut dire que son manteau devait être plus convectif.
« Toutes les manifestations géologiques se comprennent maintenant très bien dans le contexte de la tectonique des plaques... » Entretiens avec Yves Gaudemer, professeur à l'Université Paris Diderot, et des membres de son équipe en 2012. © Chaîne IPGP
Mais quel était alors le régime des plaques tectoniques ? Étaient-elles aussi nombreuses, se déplaçaient-elles plus vite ? Nous savons au moins que des laveslaves différentes s'épanchaient il y a plus de 2,5 milliards d'années et depuis nous n'observons quasiment plus de coulées de roches ignéesroches ignées, qui en se refroidissant donnaient des komatiites.
Ce qui est sûr aussi c'est que la tectonique des plaques forme un cadre théorique important pour comprendre la géodynamique de la Terre et donc l'évolution de ses continents, de ses océans, de son atmosphère et bien évidemment de sa biosphèrebiosphère. Les géologuesgéologues aimeraient donc bien savoir comment et quand cette tectonique s'est mise en place.
La mémoire du titane
Il n'y a hélas que très peu d'archives géologiques datant de plus de 4 milliards d'années car la tectonique des plaques elle-même a brouillé les cartes en déchirant les plaques et en les subductant dans le manteau de la Terre, bouclant un cercle où des magmas finiront par se former pour provoquer des éruptions en surface.
Les géologues ne sont cependant pas totalement désarmés. Ils peuvent utiliser notamment les techniques de la géochimie isotopique et les expériences sur la genèse des magmas interprétées dans un contexte géodynamique pour en tirer des informations précieuses.
On en voit un nouvel exemple avec la publication d'un article dans Science Advances, par une équipe de géochimistes qui s'est intéressée à la détermination des abondances des isotopesisotopes du titanetitane dans des roches datant de la fin de l'Hadéen et du début de l'ArchéenArchéen et qui forment ce que l'on appelle les gneissgneiss d'Acasta au Canada.
Les chercheurs du célèbre Institut d'océanographie Scripps (en anglais Scripps Institution of Oceanography, SIO) et de l'université de Chicago se sont en effet procuré plusieurs échantillons de ces gneiss. Ils ont commencé par les faire fondre pour obtenir des perles de verre volcanique, ce qui a facilité la libération des isotopes de titane par dissolution de ces échantillons dans un acideacide. Les roches collectées les plus anciennes étaient âgées de 4,02 milliards d'années, donc juste avant la fin de l'Hadéen posée par convention il y a 4 milliards d'années. Les plus jeunes dataient du début de l'Archéen, l'éon géologique qui a suivi.
Les gneiss les plus âgés portaient une signature isotopique des abondances des isotopes de titane proche de celle que l'on retrouve aujourd'hui dans les roches associées à des points chaudspoints chauds. Les gneiss âgés de 3,75 milliards d'années tout au plus possédaient, eux, une signature géochimique avec ces isotopes très similaires aux roches que l'on trouve associées à des processus de subduction. Or ces processus sont précisément ceux que l'on observe quand une plaque tectonique océanique passe sous une autre plaque. On en voit des exemples avec les volcans de la cordillère des Andes.
On ne peut pas en tirer de conclusion globale mais il semble tout de même clair qu'il devait exister des plaques animées de mouvements similaires à ceux de la tectonique des plaques moderne il y a au moins 3,75 milliards d'années.
Les plaques tectoniques bougeraient depuis au moins 3,3 milliards d'années
Article de Laurent Sacco publié le 24/04/2020
Les archives paléomagnétiques de la Terre semblent avoir conservé des mouvements de plaques tectoniques datant d'environ 3,3 milliards d'années. Cela repousse dans le passé la date du début de ces mouvements.
Depuis presque 50 ans, la théorie de la tectonique des plaques est devenue le paradigme incontournable pour penser la géodynamique de la Terre. Sans elle, impossible de comprendre la formation des montagnes, la distribution des séismes et des volcans ainsi que l'origine de bien des roches produites en surface à partir de processus magmatiques complexes. Toutefois, nous ne savons toujours pas vraiment quand la dérive des continents et l'expansion des fonds océaniques ont vraiment commencé sur notre Planète bleue. Tous ces processus existent au moins depuis 400 millions d'années, ce point-là ne fait pas débat, mais au-delà dans le passé de la Terre ?
Il faut savoir en effet que notre Planète évolue avec un stock d'énergieénergie donné depuis sa formation et donc qu'elle tend à se refroidir, impliquant une évolution irréversible. Le manteau de la Terre était ainsi plus chaud il y a des milliards d'années pendant l'Archéen, ce qui veut dire que les mouvements de convectionconvection y étaient plus efficaces et que la chimiechimie était différente. En témoigne, par exemple, le fait que depuis 2,5 milliards d'années les volcans n'émettent plus les laves que l'on appelle des komatiites ou pour le moins de façon très exceptionnelle.
Les continents eux-mêmes n'ont pas toujours existé et ils se sont formés au cours de l'histoire de la Terre. On constate en effet qu'il existe des noyaux dans les plaques continentales que l'on appelle des cratons. Ce sont des vestiges des toutes premières massesmasses continentales qui ont été morcelées et collées au cours du temps et dont la surface augmente clairement, même si la chronologie précise de la croissance continentale est encore un peu débattue.
« Le rôle du paléomagnéticien, c'est de comprendre les mécanismes d'acquisition de l'aimantation des roches depuis leurs formations... » Entretiens avec Yves Gallet, chercheur IPGP-CNRS, et des membres de l'équipe. © Chaîne IPGP
Le paléomagnétisme, un clé de la théorie de la tectonique des plaques
Comprendre la mise en place de la tectonique des plaques, c'est aussi comprendre ses effets sur l'apparition et l'évolution de la vie. On fouille donc les archives de la planète pour en apprendre plus. Malheureusement ces archives sont de plus en plus rares et brouillées au fur et à mesure que l'on remonte les milliards d'années. Toutefois, comme Futura l'avait expliqué dans les deux précédents articles ci-dessous, des roches et les minéraux qu'elles contiennent permettent de poser des contraintes sur la date de l'apparition de la tectonique des plaques.
Aujourd'hui un groupe états-unien de chercheurs en géosciences vient de poser de nouvelles contraintes en utilisant la science du paléomagnétismepaléomagnétisme comme il l'explique dans un article publié dans Science Advances. Si ces géologues ont raison, alors ils ont mis en évidence des mouvements de dérive de plaques tectoniques d'il y a déjà 3,2 milliards d'années et avec une vitessevitesse comparable à celles mesurées depuis quelques décennies, à savoir de l'ordre de 2,5 centimètres par an.
Pour comprendre comment une telle conclusion a pu être atteinte, il faut se souvenir que la science du paléomagnétisme, elle-même, avait été d'une importance cruciale pour établir la théorie de la tectonique des plaques, et ce pour plusieurs raisons.
On sait ainsi que lorsqu'une lave se refroidit, les minéraux magnétiques qu'elle contient vont s'aimanter selon la direction du champ magnétiquechamp magnétique local. Tout se passe comme s'il apparaissait des aiguilles de boussoles aimantées dans la roche. L'aiguille non seulement indique la direction du pôle Nord mais son inclinaison par rapport à la surface du lieu n'est pas la même selon les latitudeslatitudes puisque la direction des lignes de champs magnétiques en dépend. Il est donc possible non seulement d'estimer la position d'un paléopôle magnétique mais aussi la paléolatitude d'un lieu lorsqu'une lave a enregistré un champ magnétique en se refroidissant. Si l'on suppose qu'il n'y eut qu'une faible dérive de la position des pôles magnétiquespôles magnétiques à la surface de la Terre, il est alors possible de déterminer la position passée d'un bloc continental grâce à ces archives paléomagnétiques.
Une tectonique des plaques différente pendant l'Archéen ?
L'équipe dirigée par des chercheurs de Harvard menés par Roger Fu et Alec Brenner du Harvard Paleomagnetics Lab s'est donc rendue, en 2017, dans le craton de Pilbara en Australie occidentale, l'un des plus anciens morceaux de la croûte terrestre. Ils ont prélevé des échantillons de roche dans un bloc de laves, connu sous le nom de Honeyeater Basalt et qui s'est formé il y a environ 3,18 milliards d'années au fond de la mer. Sa position à cette époque a été déterminée en utilisant un magnétomètremagnétomètre qui a permis de lire sa mémoire magnétique et que l'on appelle un microscopemicroscope à diamantdiamant quantique. Ce microscope forme des images des champs magnétiques et des particules d'un échantillon. Il a été développé en collaboration par des chercheurs de Harvard et du MIT (Massachusetts Institute of Technology).
Les géologues ont alors comparé les données obtenues avec celles d'autres échantillons provenant aussi de la région de Pilbara mais plus vieux d'environ 170 millions d'années. C'est de cette façon qu'ils ont constaté que la localisation du craton avait vraisemblablement changé avec une lente dérive à une vitesse moyenne de 2,5 centimètres par an, comme mentionnée précédemment. Surtout, cela semble bien établir que la dérive des continents existait bien déjà il y a 3,35 milliards d'années, même si elle n’était peut-être pas identique à celle d’aujourd’hui, avec probablement de nombreuses petites plaques et peu de plaques continentales.
L'Archéen. Cours donné dans le cadre des Rencontres Exobiologiques pour doctorants, en février 2015 au Teich. Par Hervé Martin, géologue à l’Université Blaise-Pascal – Clermont-Ferrand II. Réalisation et montage : Laurence Honnorat, Innovaxiom. © Société Française d'Exobiologie
La tectonique des plaques existerait depuis au moins 2,1 milliards d'années
Article de Laurent Sacco publié le 08/11/2018
Des roches appelées éclogites trouvées en Afrique témoignent de l'existence d'une tectonique des plaques il y a 2,1 milliards d'années, semblable à celle que l'on connaît, depuis quelques centaines de millions d'années. Le fameux cycle de Wilsoncycle de Wilson d'ouverture et de fermeture d'océans avec la fragmentation et la formation d'un supercontinent devait déjà exister.
La théorie de la tectonique des plaques, la forme moderne qu'a prise la théorie de la dérive des continents d’Alfred Wegener à la fin des années 1960 et qui allait définitivement être admise par la communauté scientifique au cours de la décennie suivante, n'a pas encore livré tous ses secrets. On sait qu'elle opère depuis au moins 400 millions d'années et qu'elle semble respecter des cycles de fermeture et d'ouverture d'océans avec des plaques continentales qui entrent en collision ou se déchirent, quand il ne s'agit pas aussi de plaques océaniques, selon le fameux cycle de Wilson.
Mais si l'on veut plonger dans un passé de la Terre plus ancien, les conclusions quant à la dérive des continents et à l'expansion des océans sont plus problématiques. Il y a d'abord le fait que l'on sait que le contenu en chaleur de la Terre et sa température interne évoluent irréversiblement depuis sa naissance il y a plus de 4,5 milliards d'années. Les processus convectifs dans le manteau de la Terre, il y a plusieurs milliards d'années, ne devaient donc pas être les mêmes. On est amené à penser qu'il existait alors un plus grand nombre de plaques, de plus petites tailles et animées de mouvements plus rapides. Les laves crachées par les volcans devaient être plus chaudes et de fait nous savons que depuis environ 2,5 milliards d'années, les laves appelées komatiites ne s'épanchent quasiment plus à la surface de la Terre.
Pour le dire autrement, nous ne savons pas avec certitude quand la tectonique des plaques est apparue sur Terre ni quand sa forme moderne s'est mise en place. Chercher à répondre à ces questions dans le cas de la Terre nous permettrait aussi de comprendre pourquoi des planètes comme VénusVénus, Mars ou MercureMercure n'ont pas de tectonique des plaques actuellement. Il est même possible qu'elles n'en aient jamais connue. Une planétologie comparée nous permettrait non seulement de mieux comprendre notre planète bleue mais aussi d'évaluer les chances d'en trouver de similaires dans le monde des exoplanètesexoplanètes. Une question d'importance, tant il est vrai que la tectonique des plaques a affecté la vie sur Terre et a permis son évolution en stabilisant le climat sur le long terme au niveau du cycle du carbone.
Des processus magmatiques et métamorphiques avec un cycle de Wilson
Les archives terrestres contiennent des indications sur ce qui s'est passé il y a des centaines de millions d'années et même des milliards d'années. On peut en particulier décrypter ces archives en se basant sur notre connaissance des processus magmatiques à l'origine des roches plutoniquesroches plutoniques et sur les processus métamorphiques qui peuvent les transformer, ainsi que les laves et les roches sédimentaires. Les conditions de pression et de température qui les accompagnent sont, en effet, différentes lorsque des continents entrent en collision ou que des plaques océaniques plongent par subduction sous d'autres plaques. Comme le disent les géologues, il y a donc un contexte géodynamique qui explique l'occurrence de processus magmatiques et métamorphiques. Certains participent à la production de ce contexte géodynamique et vont laisser des traces qui les traduisent, quand on sait les lire.
Dans les Alpes, il est possible de trouver des échantillons d’éclogites qui sont des roches métamorphiques. Elles se sont formées en profondeur à partir de basaltes ou de gabbros. Les hautes pressions et basses températures ont changé leur composition minéralogique. © Lambert Claire
Ces considérations permettent de comprendre l'intérêt d'une étude associant des laboratoires belges et français (Early Life Traces & Evolution-Astrobiology Lab ULiège ; laboratoire G-Time, ULB ; laboratoire Magmas et Volcans, CNRS UMR 6524, IRDIRD, Université Clermont Auvergne ; département des Sciences de la Terre, musée Royal d'Afrique Centrale, Tervuren) qui a donné lieu à une publication dans le journal Scientific Reports. Les chercheurs y annoncent qu'ils ont une preuve que la tectonique des plaques moderne existait déjà il y a 2,1 milliards d'années environ.
Tout est parti de l'étude de roches métamorphiquesroches métamorphiques bien précises que l'on appelle des éclogites et qui, dans le cas présent, ont été découvertes en République démocratique du Congo. Elles sont les plus anciennes éclogites connues, formées dans des conditions dites de haute pression-basse température (HPHP-BTBT, en l'occurrence 17-23 kbar/500-550 °C).
Selon les géologues, ces éclogites dérivent de gabbrosgabbros qui se sont mis en place en profondeur à l'occasion d'un processus de rifting, ayant déchiré un continent pour faire naître un océan. Ils ont ensuite été enfouis par la subduction lors de la fermeture de cet océan avant d'être ramenés en surface par des mouvements tectoniques.
Ce serait, selon eux, le témoignage d'un cycle de Wilson très similaire à ceux que l'on a mis en évidence plus tard dans l'histoire de la Terre.
La tectonique des plaques existerait depuis bien plus de 800 millions d'années
Article de Laurent Sacco publié le 18/12/2015
De quand date le début de la tectonique des plaques ? Certains géodynamiciens lui donnaient 800 millions d'années mais la réponse à cette question reste controversée. Une nouvelle analyse des conditions de formation de certaines roches métamorphiques, les schistesschistes bleus, laisse maintenant penser que cette tectonique pourrait dater d'un milliard d'années, voire plus.
Dans les années 1960, l'adoption de la théorie de la dérive des continents, et finalement de la théorie de la tectonique des plaques qui en est sa forme moderne, a constitué un changement de paradigme important pour la communauté des géosciences. Ce ne fut pas sans de multiples résistances, jusqu'au début des années 1970. Le volcanologuevolcanologue Haroun Tazieff et ses collègues explorant la fameuse dépression de l'Afar, en Afrique de l'Est, y découvrirent un riftrift océanique exondé et contribuèrent à cette révolution des sciences de la Terre. En effet, dans cette région du globe, il est possible de voir et mesurer l'expansion des océans et la fabrication d'une nouvelle croûte océaniquecroûte océanique. Cependant, la surface de la Terre étant finie, il faut nécessairement que de la croûte océanique disparaisse quelque part.
La clé de l'énigme est facile à trouver : il se produit des phénomènes dit de subduction, c'est-à-dire le plongement d'une plaque océanique sous une autre, par exemple continentale. Or cette subduction s'accompagne de processus de transformation des roches qui font partie de ce que l'on appelle le métamorphismemétamorphisme. En l'occurrence, du basalte de plaque océanique qui plonge dans le manteau va subir des augmentations de pression et de température. Lorsque ces dernières sont respectivement hautes et basse, le basalte voit sa composition minéralogique changer ; il se forme alors des schistes bleus. Il s'agit de roches métamorphiques caractérisées par la présence de glaucophaneglaucophane (couleurcouleur bleue) et de micas blancs.
La Corne de l'Afrique est une des zones géologiquement les plus actives du globe. Ici la Terre a entrepris de grands travaux : elle ouvre un nouvel océan au milieu d'un continent. Au coeur de cet océan à naître, un volcan actif : l'Erta'Ale, un des très rares volcans du monde à posséder en son cratère un lac de lave en fusion permanente. Une équipe scientifique, composée de tectoniciens et de volcanologues vont arpenter le fond de ce futur océan en direction du volcan. Tout au long de leur route, leurs observations et leurs documents permettront de reconstituer les 30 derniers millions d'années de l'histoire de cette partie de la terre. Ces observations de terrain pourront également aider à dessiner le futur. © La cinquième , Compagnie des Taxi-Brousse , Images et Volcans
Des schistes utilisés comme marqueur de la subduction
Les mouvements tectoniques font que certaines de ces roches caractéristiques d'une subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale peuvent se retrouver à la surface de la Terre. Il est ainsi possible de trouver de très beaux affleurementsaffleurements de ces roches, par exemple sur l'île de Groix, en Bretagne. Ces affleurements nous permettent de collecter des échantillons qui peuvent être datés. Surprise : on ne trouve pas de schistes bleus dont l'âge est supérieur à 800 millions d'années environ. Des géodynamiciens en avaient conclu que c'était là l'âge du démarrage de la tectonique des plaques.
Malheureusement, cela n'est pas sans poser problème car d'autres indications laissent entendre que la tectonique des plaques existe sur Terre depuis des milliards d'années (pendant l'Archéen et peut-être même l'Hadéen). Cette tectonique devait être différente d'aujourd'hui, avec un plus grand nombre de plaques se déplaçant plus rapidement car le manteau de notre planète était plus chaud et plus convectif.
En étudiant des schistes bleus, des géodynamiciens en avaient conclu que l'âge du démarrage de la tectonique des plaques était de 800 millions d'années. Aujourd'hui, un verrouverrou vient de sauter : le phénomène aurait pu exister avant. Sur la photo, les roches du Lavoir, sur l'île de Groix, en Bretagne. © Christian Nicollet
Heureusement, un article récemment publié dans Nature Geoscience par des chercheurs de l'université Johannes GutenbergJohannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, a semble-t-il levé la contradiction grâce à un modèle géochimique. Un manteau plus chaud signifie aussi que la composition de la croûte océanique était différente il y a plus d'un milliard d'années : elle était plus riche en oxyde de magnésiummagnésium. D'après ce modèle, la subduction d'une telle croûte ne produit pas de schistes bleus mais bien de schistes verts, que l'on associe aujourd'hui à du métamorphisme se produisant dans des conditions de basses pression et température.
Le manque de schistes bleus dans les roches anciennes n'est pas incompatible avec une subduction. Un verrou a donc sauté qui nous empêchait d'admettre que la tectonique des plaques était déjà active il y a 3,8 à 4 milliards d'années.
